大跨度小凈距公路隧道施工監(jiān)測初探

1、大跨度小凈距公路隧道施工監(jiān)測初探 摘 要：隨著我國高等級公路的飛速發(fā)展，由于特殊地質(zhì)及地形條件的限制，出現(xiàn)了連拱隧道。針對連拱隧道施工的復(fù)雜工藝，衍生出一種新的結(jié)構(gòu)形式，即小凈距公路隧道。該種公路隧道跨度大，扁平率低，開挖多采用分部法，針對大跨度小凈距公路隧道的圍巖穩(wěn)定性問題進行系統(tǒng)深入的研究具有重要的意義。完整地介紹了一整套大跨度小凈距公路隧道施工監(jiān)測方案。具有現(xiàn)實可實踐操作意義。 關(guān)鍵詞：大跨度小凈距公路隧道；施工；監(jiān)測 0引 言 近年來，現(xiàn)場量測與力學(xué)計算緊密配合，已形成了一整套監(jiān)控設(shè)計的原理與方法，這種通過在隧道施工過程中所進行的現(xiàn)場量測獲得圍巖穩(wěn)定性和支護系統(tǒng)工作狀態(tài)的信息，然后將信

2、息反饋于施工決策和支護系統(tǒng)的設(shè)計過程稱為“施工監(jiān)測”，和“信息化設(shè)計”，包含施工監(jiān)視的含義在內(nèi)。這種方法因其適應(yīng)地下工程的特點，能結(jié)合現(xiàn)場量測技術(shù)、計算機技術(shù)以及巖土力學(xué)理論、在鐵路隧道、公路隧道和軍事地下工程等工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 1目標(biāo)大跨度小凈距公路隧道施工概況 目標(biāo)隧道采用平行雙洞式，單洞凈寬16m，洞高11.4m，呈北西-南東向展布，隧道里程K1710K2600，進洞口里程為K1710，設(shè)計進口路面高程363.220m，出洞口里程為K2600，設(shè)計路面高程357.20m，全長為890m，路面坡度0.7000 %。兩洞側(cè)壁間距6.959m。 目標(biāo)隧道區(qū)段覆蓋層厚0.002. 80

3、m。填筑土為軟弱（場地）土，塊石土及亞粘土屬中軟（場地）土，基巖為堅硬（場地）土。根據(jù)公路工程抗震設(shè)計規(guī)范（JGJ004-98）判斷，隧道區(qū)場地類別為IIII類，屬抗震有利地段。 隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點采用復(fù)合式襯砌。在施工過程中要求按設(shè)計進行監(jiān)控量測，并對量測信息進行處理、反饋，調(diào)整支護參數(shù)并貫穿于施工全過程。根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點，以錨桿濕噴鋼纖維混凝土等為初期支護，以鋼筋混凝土和鋼纖維混凝土為二次襯砌，并根據(jù)不同的圍巖類別，輔以超前中空注漿錨桿和工字鋼拱架等輔助支護措施。 2大跨度小凈距公路隧道施工監(jiān)測目標(biāo)與內(nèi)容 2.1 監(jiān)控量測的一般規(guī)定 （1）采用復(fù)合式襯砌的隧道，必須將現(xiàn)場

4、監(jiān)控量測項目列入施工組織設(shè)計，并在施工中認(rèn)真實施。 （2）量測計劃應(yīng)根據(jù)隧道圍巖條件、支護類型和參數(shù)、施工方法以及所確定的量測目的進行編制。同時應(yīng)考慮量測費用的經(jīng)濟性，并注意與施工進度相適應(yīng)。 （3）監(jiān)控量測應(yīng)達到以下目的： 圖2施工監(jiān)測和信息化設(shè)計流程圖 其一，掌握圍巖和支護的動態(tài)信息并及時反饋，指導(dǎo)施工作業(yè)； 其二，通過對圍巖和支護的變位、應(yīng)力量測，修改支護系統(tǒng)設(shè)計。 （4）采用復(fù)合式襯砌的隧道、施工、設(shè)計單位必須緊密配合，共同研究，分析各項量測信息，確認(rèn)或修改設(shè)計參數(shù)。 2.2 量測內(nèi)容與方法 （1）復(fù)合式襯砌的隧道應(yīng)按表1選擇量測項目。表1中14項為必測項目；511項為選測項目，應(yīng)根據(jù)

5、圍巖條件、地表沉降要求等確定； （2）爆破后應(yīng)立即進行工程地質(zhì)與水文地質(zhì)狀況的觀察和記錄，并進行地質(zhì)描述。地質(zhì)變化處和重要地段，應(yīng)有照片記載。初期支護完成后應(yīng)進行噴層表面的觀察和記錄，并進行裂縫描述； 表1隧道現(xiàn)場監(jiān)控測量項目及量測方法 注：B為隧道開挖寬度 （3）隧道開挖后應(yīng)及時進行圍巖、初期支護的周邊位移量測、拱頂下沉量測。當(dāng)圍巖差、斷面大或地表沉降控制嚴(yán)時宜進行圍巖體內(nèi)位移量測和其它量測； （4）量測部位和測點布置，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、量測項目和施工方法等確定； （5）測點應(yīng)距開挖面2m的范圍內(nèi)盡快安設(shè)，并應(yīng)保證爆破后24h內(nèi)或下一次爆破前測讀初次讀數(shù)； （6）測點的測試頻率應(yīng)根據(jù)圍巖和支護

6、的位移速度及離開挖面的距離確定； （7）現(xiàn)場量測手段，應(yīng)根據(jù)量測項目及國內(nèi)量測儀器的現(xiàn)狀來選用。 3目標(biāo)隧道施工監(jiān)測方案設(shè)計 3.1監(jiān)控量測項目及其目的 （1）地質(zhì)及支護狀況觀察。對所選擇的開挖面的巖性、巖層產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)面、溶洞、斷層等工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況以及初期支護完成后噴層表面的裂縫狀況進行觀察和描述；預(yù)測開挖面前方的地質(zhì)條件，并為判斷圍巖的穩(wěn)定性提供地質(zhì)資料；觀測有無錨桿被拉脫或墊板陷入圍巖內(nèi)部現(xiàn)象，分析初期支護的可靠程度。 （2）隧道周邊水平收斂和拱頂下沉量測。為判斷隧道穩(wěn)定性提供可靠信息；以圍巖變位速率為二次襯砌提供合理的支護時機，利用量測信息的反饋，判斷初期支護設(shè)計與施工方法是否穩(wěn)

7、妥，從而達到修改設(shè)計和指導(dǎo)施工的目的。 （3）地表沉降。了解地表下沉的范圍以及下沉量的大小、地表下沉量隨工作面推進的變化規(guī)律、地表下沉穩(wěn)定的時間。 （4）圍巖內(nèi)部位移量測。了解隧道圍巖松弛區(qū)、位移量及圍巖應(yīng)力隨深度的分布；了解圍體內(nèi)位移范圍，判斷錨桿長度是否適宜；為準(zhǔn)確判斷圍巖的變形發(fā)展提供數(shù)據(jù)。 （5）錨桿軸力量測。了解錨桿受力狀態(tài)，為確定合理的錨桿參數(shù)提供依據(jù)；判斷錨桿布置是否合理以及評價錨桿的支護效果。 （6）襯砌應(yīng)力的量測。了解噴層的變形特性以及噴層所受應(yīng)力的大小，判斷復(fù)合式襯砌中圍巖荷載大小以及初期支護與二次襯砌各自分擔(dān)圍巖壓力情況，量測二襯應(yīng)力以及噴混凝土層內(nèi)軸向應(yīng)力，了解二次襯砌

8、的受力狀態(tài)；判斷噴層的穩(wěn)定性和支護結(jié)構(gòu)長期使用的可靠性以及安全程度。 3.2 監(jiān)控量測斷面的擬定 根據(jù)隧道工程地質(zhì)情況和大跨度小凈距隧道圍巖與支護結(jié)構(gòu)的受力特點，為滿足隧道數(shù)據(jù)采集和保證施工安全，根據(jù)圍巖類別與支護類型將其分為四種量測斷面，分別為A型、B型、C型、D型。 A型量測斷面（必測選測項目）：適用于隧道IV類圍巖段、洞口段及破碎帶。具體量測項目包括洞內(nèi)地質(zhì)與支護觀察、凈空變位及拱頂下沉、圍巖內(nèi)部位移、錨桿軸力、鋼支撐應(yīng)力、初期支護與圍巖之間的壓力、初期支護與二次襯砌之間的壓力、爆破振動測試。 B型量測斷面（必測部分選測項目）：適用于III類圍巖。具體量測項目包括洞內(nèi)地質(zhì)與支護結(jié)構(gòu)觀察、

9、凈空變位及拱頂下沉、圍巖內(nèi)部位移、錨桿軸力、初期支護與圍巖之間的壓力、初期支護與二次襯砌之間的壓力、爆破振動測試。 C量測斷面（全必測項目）：適用于隧道各類圍巖段。具體量測包括：洞內(nèi)地質(zhì)狀態(tài)與支護結(jié)構(gòu)安全性觀測、凈空變位及拱頂下沉。 D型斷面量測（僅爆破振動測試）：D型斷面為振動波測試，適用于隧道各類圍巖段。設(shè)置該量測斷面的目的是為了測試后行洞在爆破中對先行洞的影響。 3.3 量測方法和測點布置 （1）地質(zhì)狀況素描。對新開挖斷面的巖性、巖層產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)面、斷層等工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況以及初期支護完成后噴層表面的裂縫狀況進行觀察和描述。同時觀測有無錨桿被拉脫或墊板陷入圍巖內(nèi)部現(xiàn)象，錨桿和噴層有無施

10、工質(zhì)量問題。 （2）水平收斂及拱頂下沉量測。在確定量測的新開挖的斷面拱頂及軸線左右設(shè)3個帶掛鉤的錨樁，測樁埋設(shè)深度30厘米，用快凝水泥或早強錨固劑固定，測樁頭設(shè)保護罩。用收斂計量測銅壁收斂位移。 （3）地表沉降觀測。在選定的量測斷面區(qū)域，先設(shè)置一個通視條件較好、測量方便、牢固的基準(zhǔn)點。測點布置在隧道軸線及其兩側(cè)，每個斷面根據(jù)實際情況設(shè)共711個測點。測量范圍為隧道底兩側(cè)向上45度與地表相交，測點埋設(shè)水泥樁，用紅色油漆做標(biāo)記，并予以編號，用精密水準(zhǔn)儀測量。 （4）圍巖內(nèi)部位移及錨桿軸力量測。根據(jù)圍巖巖性實際情況，在隧道選取10個斷面，每個斷面在拱頂、拱腰、拱腳打5個測孔，孔深3.75米，孔徑50

11、60。每個測孔內(nèi)設(shè)4個測點并安裝上傳感器，每個斷面一共20個測點。用千分表讀取位移，用鋼筋計量測軸力。 （5）初期支護與圍巖之間應(yīng)力、二次襯砌之間應(yīng)力量測。沿隧道周邊拱頂、拱腰埋設(shè)傳感器，將壓力盒分別埋設(shè)在圍巖與噴射混凝土之間、噴射混凝土與二次襯砌之間。圍巖與噴射混凝土之間的應(yīng)力盒在噴射混凝土之前埋設(shè)，噴射混凝土與二次襯砌之間的應(yīng)力盒在掛防水板之前進行安裝。 3.4 量測頻率和時間 對于每一斷面，在量測初期應(yīng)予以實時監(jiān)控，待應(yīng)力、應(yīng)變逐步穩(wěn)定后可降低量測頻率。 3.5 數(shù)據(jù)采集及儀器裝備 現(xiàn)場監(jiān)控量測工作人員根據(jù)規(guī)范和監(jiān)控量測計劃規(guī)定的頻率堅持每天到洞內(nèi)采集數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)及時繪出或輸入計

12、算機進行處理，如果發(fā)現(xiàn)量測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常變化，則及時分析引起變化的原因，使問題能得到有效處理。 監(jiān)控量測儀器及主要傳感器如下：精密水準(zhǔn)儀、全站儀、振弦頻率監(jiān)測儀、隧道收斂計、百分表、錨桿測力計、壓力盒、爆破振動自記儀、機械式多點位移計、地質(zhì)羅盤、溫度計、速度傳感器（水平、垂直）等。 3.6 量測斷面的選擇 共埋設(shè)45個斷面，其中有3個A型斷面、5個B型斷面、35個C型斷面、2個D型斷面，并進行了地質(zhì)調(diào)查、水平收斂、拱頂下沉、圍巖內(nèi)部位移、錨桿軸力、圍巖接觸應(yīng)力、爆破振動測試等方面的監(jiān)控量測。 4小結(jié) 首先，隧道在開挖期間圍巖水平收斂、拱頂總沉降量和圍巖變形速率都在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，而且圍巖的變形最終都趨于穩(wěn)定； 其次，圍巖內(nèi)部位移隨著測點深度的增加，圍巖相對位移明顯減少；中夾巖柱處的圍巖松動圈最大，接近3.5m，圍巖穩(wěn)定性差。隧道進口段地表沉降在隧道拱頂正上方的地面沉降最大，而且左洞對應(yīng)的地表沉降明顯大于右洞，說明右洞的開挖對左洞的地表沉降有明顯的影響； 然后，中夾巖柱處的錨桿軸力最大，在中夾巖柱處，錨桿起到了很好的錨固效果，對圍巖的穩(wěn)定起到了很重要的作用。接觸應(yīng)